EFF DES破解机

EFF DES破解机英語:)是电子前哨基金会(EFF)在1998年建造的机器,用于暴力破解美国政府的数据加密标准,即DES加密算法,昵称“深译”(英語:)。这台机器能够对DES密钥空间中所有的密钥逐一进行尝试,从而将密文破解,其目的在于证明DES的密钥长度不足,不能保证安全。

电子前哨基金会这台价值250,000美元的DES破解机包含1,856个定制的芯片,能在短短几天之内暴力破解DES的密钥。图中展示了机器的双面电路板,安装了64个“深译”芯片

背景

密钥长度争议

DES是最早的计算机加密算法之一,它在政府、金融、网络等许多领域都得到了广泛应用。并且,该加密算法是美国联邦政府的一项标准,美国政府鼓励使用DES加密除了国家机密之外的任何敏感信息。[1]

DES加密算法的密钥长度为56位[2],这意味着加密时存在256个密钥可供选择,即7.2万万亿(72,057,594,037,927,936)种可能性。但是,DES依然长期面临“密钥长度过短、安全性不足”的批评。

早在1975年算法公开之初,著名的斯坦福大学密码学家马丁·赫尔曼惠特菲尔德·迪菲就批评DES算法易被暴力破解,因此不安全,惟有将密钥长度提升到至少128位才能保证安全。[3]二人还构想了一台可在一天内测试所有密钥的机器,需要的成本为2000万美元,并指出这对于美国国家安全局(NSA)等情报机构而言并非是一笔很大的开销,并认为成本在10年后还会进一步下降到20万美元。[4]

在随后的20年间,芯片的价格确实不断下降、性能不断提升,使电子前哨基金会这样的小型非营利组织也具有了破解DES的能力。[5]

对密码学的管制

在20世纪,以NSA为首的美国政府以及盟友为了维护自身的利益,对密码学进行严格管制,限制密码学的传播并降低现有系统的安全性,甚至加入后门。[6]例如,一位在80年代曾参与过GSM研发的专家表示,为保护手机通话不被窃听,原计划采用128位加密进行保护。但随后遭到英国政府方面的施压,使最终的A5/1加密算法被迫削弱为54位,团队中的许多专家对此十分愤怒。[7]时至90年代末,随着互联网与电子商务的兴起,使用密码学保护公民隐私与商业信息的诉求,与美国政府管制政策之间的矛盾逐渐升温。[8]媒体与公众将这段历史时期统称为密码战争[6]

直到1998年DES已被两次破解后,美国联邦调查局局长路易斯·弗里依然坚持对密码学的严格管制,始終不承认DES並不安全:

DES挑战赛

由于上述原因,RSA安全公司希望以实际行动向公众展示DES的密钥长度过短,时下已不能保证安全性,因此在1997年举办了首届DES挑战赛,成功者可获得一万美元的奖金[10]。第一届大赛被来自科罗拉多州洛夫兰的洛克·沃瑟所带领的团队破解成功,耗时96天[11][12][13]。接着,RSA安全公司随后举办了第二届挑战赛[14],其中的初赛由互联网最早的分布式计算平台distributed.net的22,000名志愿者们挑战成功。他们使用自己的个人电脑参与计算,共历时39天,于1998年2月成功破解密文,[15][16]解密后得到「机密信息为:人多好辦事」(The secret message is: Many hands make light work)的文本。

电子前哨基金会“深译”使用的定制微芯片

即使在DES已被两次破解以后,联邦调查局局长路易斯·弗里依然以“破译时间过长,没有意义”为理由,拒绝承认DES已不安全。因此,RSA再次发起了第二次挑战赛的复赛。[9]1998年,电子前哨基金会建造了“深译”(名字来自IBM的“深蓝”国际象棋电脑),总共花费不超过250,000美元。[17]为了响应第二届DES挑战赛的号召,“深译”加入了1998年7月15日举行的复赛,仅用56小时成功破解了DES加密的消息,获得了10,000美元奖金。破译后得到「机密信息为:是时候让128位,192位与256位密钥登场了」(The secret message is: It's time for those 128-, 192-, and 256-bit keys)的文本。[18][19][20]此次暴力破解攻击展现了破解DES是非常可行的计划,多数政府和大型企业完全有能力建造一台类似“深译”的机器。[21]

六个月之后,电子前哨基金会响应了RSA安全公司举办的第三届挑战赛[22][23][24][25],并与distributed.net团队合作破译了另一则DES加密的消息,再次获得了10,000美元。这次的整个破译过程不到一天,仅用22小时15分,于1999年1月19日完成破解。[26][27][28][29][30]

同年10月,美国政府宣布DES标准不会被废除,但推荐使用其增强版三重DES替代。[31]然而,这需要将DES反复运行三次,使计算速度更加缓慢。而且与直觉相反,由于中途相遇攻击的存在,三重DES的安全性仅仅是原密钥长度的两倍(2112),并非三倍(2168)。[32]可见三重DES的安全性只有112位,离密码学界所推荐的128位仍有一定差距,而且还需要高昂的计算成本,将其应用于互联网时不能令人满意。[33]

2002年5月26日,高级加密标准(即AES)正式取代了DES数据加密标准成为了新的联邦政府标准。[34]不同于DES,AES不仅将密钥长度提升至128位与256位,还大幅提升了计算速度,[35]并广泛应用于今日的互联网。[36][37]

技术

“深译”由密码学研究公司、先进无线科技公司(Advanced Wireless Technologies)与电子前哨基金会联合设计,总设计师是密码学研究公司的主席保罗·科奇。先进无线科技公司制造了1856片定制芯片(代号“深译”,型号AWT-4500),分别组装在29块电路板上,每块电路板64片。这些电路板再被分别放入6个模块,然后安装在一台改裝過的Sun-4/470工作站的机箱中。[38]为了协助密钥的搜寻工作,另外还使用了一台运行Linux操作系统的个人电脑负责控制机器。[5][38]整台机器每秒钟能尝试900亿个密钥,共需要9天时间对所有可能的密钥进行完整的搜索,但实际使用时,破解出正确的密钥往往只需要花费一半的时间。[19]

2006年,又一台定制硬件攻击DES加密的机器问世,名为COPACOBANA(为英語:的缩写,意为「低成本并行密码破译机」)。該機器得益于集成电路技术的进步,采用FPGA的设计,进一步降低了破解DES的成本。[39][40]2012年7月,安全研究人员大卫·赫尔顿(David Hulton)与莫克西·马林斯佩克(Moxie Marlinspike)公布了一个通过暴力破解DES加密从而破解MS-CHAPv2协议的云计算工具,这让普通大众能够在24小时之内利用一对已知的明文和密文破解DES密钥。[41]

参考文献

  1. National Institute of Standards and Technology. . Federal Information Processing Standards Publication 74 (Technical report). 1981 [2016-10-31]. (原始内容存档于2004-02-15).
  2. 约翰逊, T. . NSA, DOCID 3417193 (file released on 2009-12-18, hosted at cryptome.org). 2009-12-18 [2010-01-03]. (原始内容存档于2010-08-05).
  3. 迪菲, W海尔曼, M, “NBS的DES密码分析完全调查 页面存档备份,存于” IEEE Computer 10 (6), June 1977, pp74–84
  4. . 1976 [2017-03-31]. (原始内容存档于2012-05-03).
  5. EFF. . [2016-10-31]. (原始内容存档于2016-10-31). The PC that controls the machine originally ran Windows 95, but the EFF team replaced it with Linux so it could be operated remotely over the Internet.
  6. Crypto: How the Code Rebels Beat the Government—Saving Privacy in the Digital Age, Steven Levy, Penguin, 2001
  7. . Aftenposten. 2014 [2018-04-10]. (原始内容存档于2016-04-25).
  8. Ranger, Steve. . TechRepublic. 24 March 2015 [2016-06-12]. (原始内容存档于2016-06-12).
  9. . The Free Library. December 23, 1998 [2018-04-10].
  10. RSA Data Security. . 1997 [2016-10-31]. (原始内容存档于1999-02-02).
  11. Curtin, Matt; Dolske, Justin. . ;login: (USENIX). May 1998 [2016-10-31]. (原始内容存档于2016-10-19).
  12. (新闻稿). REDWOOD CITY, Calif., USA: RSA Security. RSA Security. June 19, 1997 [2016-10-31]. (原始内容存档于2006-11-07).
  13. Associated Press. . USA Today (SAN FRANCISCO). Feb 28, 1999 [2016-10-31]. (原始内容存档于1999-04-28).
  14. (新闻稿). REDWOOD CITY, Calif., USA: RSA Security. RSA Security. December 17, 1997 [2016-10-31]. (原始内容存档于2006-11-07).
  15. David C. McNett. . distributed.net. 24 February 1998 [27 February 2014]. (原始内容存档于2016-03-04).
  16. (新闻稿). REDWOOD CITY, Calif., USA: RSA Security. RSA Security. February 26, 1998 [2016-10-31]. (原始内容存档于2006-11-07).
  17. . EFF. [July 8, 2007]. (原始内容存档于2017年5月7日). On Wednesday, July 17, 1998 the EFF DES Cracker, which was built for less than $250,000, easily won RSA Laboratory's "DES Challenge II" contest and a $10,000 cash prize.
  18. . [2016-10-31]. (原始内容存档于2002-02-01).
  19. . Wired. 17 Jul 1998 [2016-10-31]. (原始内容存档于1998-12-05).
  20. . ZDNet. 17 Jul 1998 [2016-10-31]. (原始内容存档于1999-01-16).
  21. Kelly, S.. Security Implications of Using the Data Encryption Standard (DES). IETF. December 2006. RFC 4772. "This project clearly demonstrated that a practical system for brute force DES attacks was well within reach of many more than previously assumed. Practically any government in the world could easily produce such a machine, and in fact, so could many businesses."
  22. (新闻稿). SAN MATEO, Calif., USA: RSA Security. RSA Security. December 22, 1998 [2016-10-31]. (原始内容存档于2006-12-11).
  23. Sykes, Rebecca. . CNN. December 23, 1998 [2016-10-31]. (原始内容存档于2001-05-17).
  24. Oakes, Chris. . Wired. Dec 22, 1998 [2016-10-31]. (原始内容存档于2006-02-22).
  25. Glave, James. . Wired (SAN JOSE, California). Jan 18, 1999 [2016-10-31]. (原始内容存档于2000-08-17).
  26. David C. McNett. (PDF). distributed.net. 19 January 1999 [27 February 2014]. (原始内容存档 (PDF)于2016-03-04).
  27. (新闻稿). San Jose, CA., USA: RSA Security. RSA Security. January 19, 1999 [2016-10-31]. (原始内容存档于2006-12-11).
  28. . CNET (SAN JOSE, California). January 2, 2002 [2016-10-31]. (原始内容存档于2016-10-31).
  29. Glave, James. . Wired. Jan 19, 1999 [2005-04-15]. (原始内容存档于2005-04-15).
  30. Nelson, Matthew. . CNN (SAN JOSE, Calif.). January 21, 1999 [2016-10-31]. (原始内容存档于2016-10-31).
  31. United States Department of Commerce. (PDF). 1999-10-25 [2016-11-01]. (原始内容存档 (PDF)于2012-04-07).
  32. Blondeau, Céline. (PDF). . [2018-04-10]. (原始内容存档 (PDF)于2018-02-23).
  33. Schmeh, Klaus. . Wiley. 2003: 68, 71. ISBN 978-0470847459.
  34. Westlund, Harold B. . Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 2002 [2016-11-01]. (原始内容存档于2016-11-01).
  35. Schneier, Bruce; Kelsey, John; Whiting, Doug; Wagner, David; Hall, Chris; Ferguson, Niels. (PDF). 1999-02-01 [2010-12-28]. (原始内容 (PDF)存档于2011-06-22).
  36. Hubert Kario. . Securitypitfalls. [2016-11-02]. (原始内容存档于2016-11-04).
  37. Julien Vehent. . Quelques digressions sous GPL... 2016-08-04 [2016-11-02]. (原始内容存档于2016-09-05).
  38. Electronic Frontier Foundation. . Oreilly & Associates Inc. 1998 [2016-10-30]. ISBN 1-56592-520-3. (原始内容存档于2013-10-17).
  39. . [2016-10-30]. (原始内容存档于2016-07-24).
  40. Kumar, Sandeep; Paar, Christof; Pelzl, Jan; Pfeiffer, Gerd; Schimmler, Manfred. . . Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems: 101–118. 2006 [2016-10-31]. doi:10.1007/11894063_9.
  41. Marlinspike, Moxie; Hulton, David. . Cloud Cracler. 29 July 2012 [2016-10-30]. (原始内容存档于2016-03-16).
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